正文 液晶態與等離子體(1 / 3)

物質在熔融狀態或在溶液狀態下雖然獲得了液態物質的流動性,但在材料內部仍然保留有分子排列的一維或二維有序,在物理性質上表現出各向異性。這種兼有晶體和液體部分性質的狀態稱為液晶態,處於這種狀態下的物質叫液晶。

液晶態——結晶態和液態之間的一種形態,是一種在一定溫度範圍內呈現既不同於固態、液態,又不同於氣態的特殊物質態,它既具有各向異性的晶體所特有的雙折射性,又具有液體的流動性。一般可分熱致液晶和溶致液晶兩類。在顯示應用領域,使用的是熱致液晶,超出一定溫度範圍,熱致液晶就不再呈現液晶態,溫度低了,出現結晶現象,溫度升高了,就變成液體。

液晶態既像液體具有流動性和連續性,而其分子又保持著固態晶體特有的規則排列方式,具有光學性質各向異性等品體特征的物理性質。其結構介於晶體和液體之間,所以也稱它為介晶態。

由於液晶態物質特殊的微觀結構,因而呈現出許多奇妙的性質,如光學透射率、反射率、顏色等性能對外界的力、熱、聲、電、光、磁等物理環境的變化十分敏感,因而在電子工業等領域裏可以大顯神通。目前,液晶的應用領域主要有:顯示、軟件複製、檢測器、感受器及分析化學等方麵。

離子體又叫做電漿,是由部分電子被剝奪後的原子及原子被電離後產生的正負電子組成的離子化氣體狀物質,它廣泛存在於宇宙中,常被視為是除去固、液、氣外,物質存在的第四態。等離子體是一種很好的導電體,利用經過巧妙設計的磁場可以捕捉、移動和加速等離子體。等離子體物理的發展為材料、能源、信息、環境空間、空間物理、地球物理等科學的進一步發展提供了新的技術和工藝。

看似“神秘”的等離子體,其實是宇宙中一種常見的物質,在太陽、恒星、閃電中都存在等離子體,它占了整個宇宙的99%。現在人們已經掌握了利用電場和磁場來控製等離子體的技術,例如焊工們用高溫等離子體焊接金屬。

等離子體可分為兩種:高溫和低溫等離子體。現在低溫等離子體廣泛運用於多種生產領域。例如:等離子電視,嬰兒尿布表麵防水塗層,增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在電腦芯片中的蝕刻運用,讓網絡時代成為現實。

高溫等離子體是在溫度足夠高時形成的。太陽和恒星不斷地發出這種等離子體,組成了宇宙的99%。低溫等離子體是在常溫下形成的等離子體(雖然電子的溫度很高)。低溫等離子體可以被用於氧化、變性等表麵處理或者在有機物和無機物上進行沉澱塗層處理。

等離子體是物質的第四態,即電離了的“氣體”,它呈現出高度激發的不穩定態,其中包括離子(具有不同符號和電荷)、電子、原子和分子。其實,人們對等離子體現象並不生疏。在自然界裏,熾熱爍爍的火焰、光輝奪目的閃電以及絢爛壯麗的極光等都是等離子體作用的結果。對於整個宇宙來講,幾乎99%以上的物質都是以等離子體態存在的,如恒星和行星際空間等都是由等離子體組成的。用人工方法,如核聚變、核裂變、輝光放電及各種放電都可產生等離子體。分子或原子的內部結構主要由電子和原子核組成。在通常情況下,即上述物質前3種形態,電子與核之間的關係比較固定,即電子以不同的能級存在於核場的周圍,其勢能或動能不大。

等離子體由離子、電子以及未電離的中性粒子的集合組成,整體呈中性的物質狀態。

普通氣體溫度升高時,氣體粒子的熱運動加劇,使粒子之間發生強烈碰撞,大量原子或分子中的電子被撞掉,當與溫度高達百萬開到1億開,所有氣體原子全部電離。電離出的自由電子總的負電量與正離子總的正電量相等。這種高度電離的、宏觀上呈中性的氣體叫等離子體。

等離子體和普通氣體性質不同,普通氣體由分子構成,分子之間相互作用力是短程力,僅當分子碰撞時,分子之間的相互作用力才有明顯效果,理論上用分子動理論描述。在等離子體中,帶電粒子之間的庫侖力是長程力,庫侖力的作用效果遠遠超過帶電粒子可能發生的局部短程碰撞效果,等離子體中的帶電粒子運動時,能引起正電荷或負電荷局部集中,產生電場;電荷定向運動引起電流,產生磁場。電場和磁場要影響其他帶電粒子的運動,並伴隨著極強的熱輻射和熱傳導;等離子體能被磁場約束做回旋運動等。等離子體的這些特性使它區別於普通氣體被稱為物質的第四態。